一種新的數據預處理方法

王延暴 羅利強 張艷艷

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 引言

采用數據預處理技術是降低濾波計算量和提高跟蹤精度的有效途徑[4]。數據預處理包括數據壓縮，以及量測數據中野值的剔除方法兩個方面，量測數據中野值的剔除方法對提高跟蹤性能可能更為突出。隨著隱身技術及目標檢測技術的不斷發展，弱小目標的檢測成為信號處理的熱點。為了盡可能的提前發現目標，新的處理方法大多通過提高虛警概率[1，2]，然后對一次點跡做不同處理來實現，野值的有效剔除對信號處理或數據處理就顯得特別重要[4]。本文數據預處理新方法就是在這種背景下提出的，它主要用于剔除野值，該方法引用、借鑒了數據處理中的概念和方法，通過對信號處理一次點跡的處理結果表明，該方法十分有效。

2 數據預處理新方法

2.1 算法提出的背景及主要思想

線性調頻連續波雷達對某型號火箭彈進行檢測，為了盡可能的得到每周期目標的準確信息，雷達采用了時域法測頻，進而求出目標的距離、速度信息，如圖1、圖2所示。由于采用時域法測頻，在信噪比較低時，測頻結果不是很理想，導致距離、速度誤差比較大，在沒有目標時，時域法測頻測得的是噪聲頻率，求出的距離、速度信息沒有規律。該數據虛警點很多，滿足不了數據處理的要求，該方法就是針對這組數據提出的。根據距離、速度曲線可以看出，沒有目標的周期，速度距離值是沒有規律的，目標剛出現時，距離、速度曲線有一個輪廓，由于信噪比比較低，許多周期測得的距離、速度誤差很大，隨著目標的不斷臨近，信噪比也越來越高，目標的距離、速度值測得準確，可以明顯的看出目標的彈道曲線。根據數據的這些特點，結合數據處理中算法的思想，提出了該方法。利用建航的方法剔除沒有目標時的雜波點，然后結合波門的設置，處理因信噪比低而沒有測準的距離、速度值。

2.2 數據預處理新方法實現

該方法借鑒了數據處理的思想，引用了航跡建立，點跡相關等方法，用到了預測點、外推次數等概念，可以理解為一個簡易不帶濾波的數據處理。在航跡建立、預測點求取、點跡相關等細節與數據處理又有所不同[4，5]，它的主要目的是剔除雜波點，圖 3給出了該處理方法流程，具體實現為:

圖3 數據預處理新方法流程

a.航跡建立，用于確認信號處理一次點跡為目標信息。航跡一旦建立，認為所關心的目標已經出現，對以后檢測到的一次點跡做相應處理。

航跡建立的準則可以采用數據處理建航的準則，也可以根據雷達參數及目標的特性綜合確定。例如，可以根據雷達的掃描周期及目標的最大速度、加速度信息等，求出相鄰周期目標距離、速度變化最大值，根據所求得的值設一門限，如果連續N個周期中，有n個周期滿足門限則認為目標出現。N、n的選擇可以根據雜波點的多少、目標特性、雷達技術指標要求綜合選擇，選擇不當就會出現好多虛假航跡，如果后面的參數選擇妥當，可以去除一些虛假航跡。

b.預測點的求解，預測點主要用于判斷下一檢測點是否為目標的信息，剔除假點。

預測點可以根據前N個周期的預處理點跡推出，首先求出前N個周期目標變化趨勢，變化趨勢可以根據雷達處理時間的要求采用不同的方法，如果時間允許，可以采用二次或高次曲線擬合的方法，如果實時性要求高，可以采用直線擬合的方法。然后根據雷達的掃描周期推出下一周期的目標參數值。

c.點跡相關，用于判斷下一檢測點是否為目標的信息。

在點跡相關中借用了數據處理中設置波門的方法，在本預處理方法中采用了三個波門，即大、中、小波門。如果檢測點落入預測點的小波門中，則認為檢測點是目標的真實點跡，以檢測點作為該周期的預處理點跡。如果檢測點落入預測點的中波門中，也認為檢測點是目標信息，但受到了一定的干擾，以檢測點和預測點的均值作為該周期的預處理點跡。如果雷達實時性要求高，預測點是采用直線擬合的方法得到的，且N的值取得也不是很大，此時預測點的誤差可能會偏大，用檢測點和預測點的均值作為該周期的預處理點跡可能不是很理想，可以采用檢測點和前一周期預處理點的均值作為該周期的預處理點跡，因為相鄰周期目標參數變化不是很大。如果檢測點落入預測點的大波門中，則認為檢測點不是目標的信息，以預測點作為該周期的預處理點跡。

波門的大小可以根據目標的特性、雷達的精度要求、數據處理對數據的要求等綜合設定。如果數據處理的能力強，對一次點跡的要求不是很高，可以將小波門值設的大一點，這樣可以保留一次點跡，避免了預處理帶來的誤差。大波門決定了預處理結果偏離彈道曲線的最大偏差，它的大小由數據處理對一次點跡要求的最大偏差決定。

3 實測數據處理結果及分析

3.1 處理結果

圖4至圖7分別給出了圖1、圖2的預處理結果，圖中的“o”是信號處理檢測到的一次點跡，“*”是預處理結果。圖4、圖5給出了所有數據的預處理結果，圖6、圖7是圖4、圖5的局部放大圖，它給出了目標飛行過程中的預處理結果。

圖4 速度預處理結果

3.2 結果分析

通過圖4、5可以看出，預處理結果剔除掉了雜波點，修正了測不準的點。在沒有目標時，由于雜波點滿足不了建航條件，通過航跡建立準則就可以將其剔除，如圖中750到1000周期預處理結果。通過局部放大圖可以看出，距離預處理結果要比速度預處理結果好。另外，在信噪比高的情況下，預處理后的目標點跡基本保留了目標的一次點跡，如圖中400到700周期的檢測結果;在信噪比比較低時，預處理后的點跡在彈道曲線的上下波動，同時剔除了雜波點，修正了誤差大的點，如圖中200到350周期;雖然少數點偏離彈道曲線，但仍能保證彈道曲線的連續，且前后點能和彈道曲線吻合起來，如圖中350到400周期的檢測結果，這些對后面數據處理十分有利，保證了最大限度的提前發現目標，又確保了數據能為數據處理所用。

通過速度預處理后的結果還可以看出，大波門選擇的大小還決定了航跡的連續性，如果大波門適當選大就可以保證預處理航跡的連續。大波門選的偏大也會帶來一些問題，在信噪比比較低時，預處理結果在真實航跡上下波動會比較大。因此，大波門的選擇要根據雷達數據處理的能力及要求綜合設定。

4 結論

該方法對檢測結果類似本文彈道曲線的都適用。對弱小目標或遠距離目標的檢測，可以通過提高虛警概率的方法來實現[3]。本文的數據預處理新方法能有效的剔除雜波點，解決了因虛警概率高，雜波點多這一難題，在雷達參數不變的情況下提高雷達的作用距離成為可能。另外，該方法中不含運算時間長的處理算法，能夠保證雷達的實時性，可以放在信號處理后，也可以放在數據處理前，實現起來比較靈活、方便。

[1]W.R.Wallace.The use of track-before-detect in pulse-Doppler radar.In Radar 2002，315－319.

[2]S.M.TONISSEN，R.J.EVANS.Performance of Dynamic Programming Techniques for Track-Before-Detect.1996 IEEE.

[3]丁鷺飛，耿富錄.雷達原理(第三版)[M].西安:西安電子科技大學出版社，2002.

[4]周宏仁，敬忠良，王培德.機動目標跟蹤[M].北京:國防工業出版社，1990.

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